直流大电流稳流控制系统的开发

直流大电流稳流控制系统的开发

0稳流控制系统目前，中国的大型预处理设备除台压缩装置外，大部分采用二维滤波装置，其直流电流调节方法是允许集中压缩器和自饱和电阻器的组合。有载调压为直流电流的粗调,自饱和电抗器为直流电流的细调,它是作为直流电流恒电流控制的主要执行元件,调节直流电压的范围为50～70V。对于铝电解行业,直流电流的平稳度是影响铝电解产量的重要因素之一,因此恒流控制是铝电解行业供电系统中值得研究的一个重要课题。数字式稳流控制系统是将多年的实践运行经验和PLC可编程控制器技术相结合开发研制而成。该系统开发成功后,首先应用到我公司整流三所中,随后又被推广应用到兰州铝厂的两个整流所中。经过运行验证,该系统不仅稳定性好,适用于铝行业强磁场、污染重等恶劣环境,而且具有反应速度快、稳流精度高、抑制效应电压深等优点。此外,由于采用数字电路进行控制,可以很方便地调整各稳流控制系统的控制参数,使得机组每台整流柜输出电流一致,实现控制参数的最优化控制,从而极大地提高了稳流控制系统的性能,很好地满足了电解生产工艺要求。1设备安装的列化根据直流大电流稳流系统的控制机理,开发出的稳流控制产品实现了系列化,可根据设备运行情况和用户的需求进行合理设计。表1为我公司近年来开发的直流大电流稳流控制系统系列产品的基本概述,其中SSX-2型数字稳流控制系统为最新开发研制、最先进优化的一套系统。2稳流数字控制的原理2.1直流输出电流在大型整流机组中,自饱和电抗器主要用于调整直流输出电流。通过改变偏移绕组或控制绕组的电流来改变电抗器中的磁势(电抗值),从而使整流元件自然换相角延迟,达到调整直流电流的目的。2.2单阀稳流控制见图12.2.1后反馈的plc恒流控制的原理是将机组的直流输出电流经变换后反馈给PLC,与给定信号比较,PLC进行PID计算,控制输出脉冲的占空比,改变IGBT的输出电流,从而达到机组电流稳定的目的。2.2.2组达缺少定额出力由于饱和电抗器的特性不一致,经常造成机组之间以及同一台机组的两台整流柜之间输出电流有较大的差别,使整流机组达不到额定出力。平衡控制的原理是把一台整流柜(A柜)的输出电流做为给定,另一台整流柜的输出电流做为反馈,PLC进行比较和PID计算后,控制输出脉冲的占空比,改变IGBT的输出电流,从而控制A柜的饱和电抗器的正偏电流,B柜的正偏电流不变。平衡控制是通过改变A柜饱和电抗器的正偏电流,使A柜B柜的直流电流始终保持一致。2.3电流稳流控制一般系列由几个单机组并联组成,系列电流等于几个单机组输出电流之和。单机组稳流可实现单机组输出电流稳定,为了使系列电流更加精确、稳定,特设计系列电流稳流控制(见图2)。由系列电流经互感器反馈至PLC与系列电流设定(数字给定)进行比较、计算,输出的结果做为单机组稳流的分调给定,从而使系列电流的稳流精度达到0.4%。一般饱和电抗器的控制深度为60?V左右,当其饱和或截止时,PLC能自动调节变压器有载开关的升降,从而使系列电流不论在多大的电压波动情况下,均能达到稳流的目的,扩大调压范围。2.4两组积木电流累计值的比较恒安时控制即安时偏差控制,它将每小时每分钟的实际电解电流累计值进行比较,根据所求得安时差及本小时剩余时间自动调整设定电流,以达到安时偏差自动控制的目的。3稳定型数字流系统3.1硬件配置方案3.1.1系统的主要特点选用西门子公司的微型可编程控制器(PLC)SIMATICS7-200(CPU216),其结构的特点:①塑料外壳既紧凑又坚固;②PLC上设计有专用的DIN导轨安装机构和安装孔,可垂直水平安装;③电气安全标准符合VDE、VL、CSA和ISO9001等的有关安全标准;④可维护性:配有EEPROM和大容量电容器,不需要后备电池;⑤本机上带有输入输出点:CPU216具有24个输入点和16个输出点;⑥灵活的中断输入:S7-200的CPU以极快的速度响应中断请求信号;⑦机内配有高速计数器,以适应对机外高速信号计数的要求。CPU216带有两个计数频率最高达2kHz的高速计数器,每个计数器可用程序复位,并可设置成加法、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列;⑧便于扩展:为系统备有专用的数字扩展模板(EM),可以很方便地对系统的输入输出点做扩展;⑨CPU216具有PID指令,便于对系统做动态控制,有两个通信口。3.1.2高效的采用高效电路设计选用西门子TD200文本显示器,其结构的特点为:①具有牢固的IP65级别的塑制前面板;②厚度仅为27mm,便于安装,可手持;③高效率的LCD液晶显示器,即使在背光的地方亦清晰可见;④参数输入键位于功能键的上部;⑤内置连接通讯电缆的接口;⑥显示窗中可显示二行高度为5mm的字符,每行最多为20个字符。显示器所用的24V直流电源一般情况下由S7-200提供。3.2数据输入①该稳流系统中全部采用PLC进行组网。②PLC之间的信息交换通过网络通讯来实现,减少电缆连接的同时,提高信号传输的准确性。3.3信号采集3.3.1次侧交流电流信号失真稳流系统小闭环反馈控制信号取样采取整流变一次侧交流电流信号,这是因为:①目前国产直流互感器温漂不甚理想,信号失真大;②磁放大时间常数过长,不利于及时准确的控制。3.3.2送小信号至总调plc稳流系统大闭环反馈控制信号取样取自总直流互感器,经变送器把小信号送至总调PLC。系列电流设定采用编码轮,既直观又方便操作,同时可由上级计算杌系统(综合自动化系统)通过通讯来设定。3.4控制方法稳流系统可采用四种运行方式。3.4.1饱和电抗器控制电流①有载开关升降档指令均由计算机控制。②开关升降操作通过饱和电抗器控制电流来确认有载开关升与降。③这个动作不影响系统的单个有载开关位置,如果机组的一个有载开关发生升与降的要求,该要求将计入并引起所有机组有载开关同时升降。3.4.2手动和全球设置模式运行①这种方式允许操作员进行总调,同时动作向上或向下。②机组总的调整与自动/总调方式相同。③有载开关升降档通过按钮来实现。3.4.3自动分割模式下的操作①将用于希望单个机组与其它机组有不同基准。②本机组有载开关升降不起作用。3.4.4在手动/中断模式下运行①将用于希望单个机组与其它机组有不同基准。②希望由本机组有载开关升降来调整本机组电流。4数字稳流控制系统大电流整流装置目前普遍采用模拟电路控制饱和电抗器来调节电流,电路元件多,调试工作量大,控制精度低,故障率高。而数字式稳流控制系统是对自饱和电抗器做为稳流执行元件的恒流控制系统,将目前较为先进的工业用PLC可编程控制器应用到稳流系统中,全部采用大容量集中控制的数字电路,有效地实现了直流电流高精度控制。与传统的模拟电路相比,有如下突出的优点。4.1平均无故障运行时间一般工业生产环境恶劣,各种电磁干扰严重,而PLC在硬件、软件设计上均采取了一定的措施,使其平均无故障运行时间高达几十万小时。因此采用最新的小型PLC代替原来的模拟电路,没有一个调节元件,功率器件采用IGBT,合理配备缓冲电路,使系统的可靠性大大提高,系统故障率降低。4.2连接线简单，安装方便，维护量小PI调节器、PWM调制等全部由PLC执行,使整个系统接线简单,易于安装,维护简便。4.3不需要同步信号，也不需要相序由于采用IGBT高频载波控制,以高频PWM调制,IGBT驱动电路采用进口元器件,因而无需外部调节。4.4稳定水流，快速响应饱和电抗器的控制特性属非线性,PLC能自动识别饱和电抗器的工作范围,从而自动改变控制参数,以提高控制精度(单机组稳流精度0.8%)。4.5操作简单方便因采用数字综合给定,输出电流与设定值一致,且总调出现故障后,总调控制自动转为手动控制。4.6通讯便利性可方便地与计算机或其它设备通讯。5n+1型pc/pp网络系统原有稳流系统的给定和调级等采样信号通过电缆传送模拟信号,为了适应综合自动化系统的需要,我们将数字式稳流系统设计为n+1型PC/PPT网络系统,即各个机组和总调控制各配一套PLC,信号传输通过通讯电缆进行传输。这样的网络结构不仅完全避免了模拟信号传输易受干扰的问题,而且减少了大量的电缆敷设,提高了稳流的控制精度。此外,总调控制PLC可以很方便地通过PPT协议或标准RS232通讯协议与综合自动化系统进行通讯。n+1稳流系统网络结构图见图3。6突出维护国内金融稳定数字式稳流控制系统投运后曲线见图4。数字式稳流控制系统广泛应用于电解、化工等需要提供恒定直流电流的行业,特别是该系统在铝电解整流装置中的成功应用,不仅提高了电解系列直流电流的平稳度,而且对节约能源、提高电流效率有不可忽视的作用,经济效益和社会效益明显。此外,随着计算机技术、网络技术的不断发展,实现变电站综合自动控制将成为趋势,而数字式稳流控制系统符合这一发展趋势,可以很方便地实现与计算机联网,具有传统模拟电路控制系统无法比拟的优越性,因此该系统具有推广应用价值。欢迎订阅2005年《黄金》杂志《黄金》杂志于1980年创刊,是由国家新闻出版总署批准、中国黄金集团公司主管、长春黄金研究院主办的综合性技术刊物,是黄金行业惟一的综合性科技期刊。主要报道黄金行业及其相关行业在经济管理、黄金市场、工业应用(黄金及贵金属)、黄金地质、采矿工程、机电与自动控制、选矿与冶炼、分析与环保等方面的科研成果、新理论、新技术、新动态、新方法、新工艺、新设备、生产技术经验等内容,同时开辟首饰之苑、企业之窗、信息纵横、读编往来等栏目。《黄金》杂志为全国中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊)、美国《化学文摘》(CA)检索文献源、《中国学术期刊综合评价数据库》来源期刊,已被《中国期刊网》、《中国期刊全文数据库》、《万方数据——数字化期刊群》和《中国核心期刊(遴选)数据库》全文收录,入编《中国学术期刊(光盘版)》。《黄金》杂志荣获冶金系统优秀期刊和吉林省优秀期刊奖。《黄金》杂志内容翔实,信息量大,实用性强,具有权威性。其发行量大,覆盖面广,已遍布黄金、冶金、地质矿产、有色金属、核工业、化工、金融等系统及金银珠宝饰品行业。《黄金》广告树立了企业形象,创出了企业名牌,提高了企业知名度,增加了企业效益,是黄金行业的供求信息指南。广告有彩色版和单色版,价格合理,效果突出,效益显著。《黄金》杂志为月刊(ISSN1001—1277CN22—1110/TF),彩色封面,64页,国际开本(297mm×210mm),国内外公开发行。国内邮发代号12-47,全国各地邮局均可订阅;国外发行代号M